Приливные силы обнаружены и в ядерной физике
|
Эксперименты американских физиков показали, что между атомными ядрами действуют приливные электростатические силы, которые могут заметно изменить картину распада нестабильных ядер.
Приливы и отливы — результат того, что сила гравитационного притяжения, например от Луны, не постоянна, а уменьшается при удалении от нее. Из-за этого часть Земли, самая близкая к Луне, притягивается сильнее, а самая далекая — слабее, чем вся Земля в среднем. Поэтому ее как бы растягивает вдоль направления на Луну и сплющивает по бокам — то есть Земля испытывает со стороны Луны «приливную силу».
Силы электростатического взаимодействия заряженных тел тоже зависят от расстояния между телами, поэтому силы, подобные приливным, действуют и в электростатике. Если речь идет о притяжении двух разноименно заряженных тел, то картина будет в точности такая же, как и при гравитационных приливных силах, а при отталкивании одноименных зарядов — с точностью до наоборот: оно сплющивает тела в продольном направлении и растягивает их в поперечном.
Красивый пример того, как электростатические приливные силы вмешиваются в мир ядерной физики, обнаружили недавно американские ученые. Их статья с описанием и объяснением результатов эксперимента появилась на днях в журнале Physical Review Letters.
В этой работе с помощью специального детектора LASSA изучались высокоэнергетические столкновения тяжелых ядер кадмия-114 и молибдена-92 (эксперимент проводился в Национальной сверхпроводящей циклотронной лаборатории при Университете штата Мичиган, MSU-NSCL). Когда столкновение ядер происходит не «лоб в лоб», а «по касательной», то ядра не разлетаются тут же на мелкие осколки, а как бы «разогреваются», и затем с них испаряются «кусочки ядерного вещества», преимущественно в виде альфа-частиц (то есть ядер гелия-4) или других легких ядер. Именно такие легкие частицы и отлавливали экспериментаторы.
Среди прочих вариантов был и одновременный вылет двух альфа-частиц — по крайней мере, так это выглядело в детекторе. На самом деле, как выяснили физики, эти две альфа-частицы далеко не всегда вылетали независимо. Иногда получалось, что вначале с поверхности ядра вылетало нестабильное возбужденное ядро бериллия-8 (8Be*), которое тут же — на удалении всего в несколько диаметров родительского ядра — распадалось на две альфа-частицы. На таком расстоянии еще довольно сильно электрическое поле от родительского ядра, а значит, оно могло повлиять — за счет приливных сил — на процесс распада 8Be*.
И действительно, это влияние было обнаружено на опыте. Вообще, распад 8Be* очень простой. Если бы не было никакого постороннего влияния, то две альфа-частицы просто разлетались бы в противоположных направлениях относительно центра масс с некоторой скоростью, которая совершенно не зависела бы от направления вылета.
Влияние приливных электрических сил со стороны родительского ядра приводит к появлению зависимости относительной скорости разлета от направления. Если альфа-частицы разлетаются по направлению движения исходного 8Be*, то их скорость относительно друг друга оказывается заметно меньше, а если поперек — то заметно больше средней (последствие «сжатия» вдоль и «растяжения» поперек). Измерения показали, что разница между этими случаями составляла примерно 10%.
Обнаруженное явление приливных сил в микромире лишний раз напоминает физикам, что нужно быть аккуратным при изучении рождения и распада нестабильных частиц. Даже если нестабильное дочернее ядро вылетело из родительского и уже не чувствует его ядерных сил, оно всё еще может находиться в его электростатической «зоне влияния». Иными словами, рождение и распад этого нестабильного осколка не протекают независимо.
Интересно отметить, что этот вывод буквально совпадает с выводом, сделанным в другой недавней работе, но уже из области физики элементарных частиц, о которой мы писали в заметке Анализ данных коллайдера LHC может оказаться более сложным, чем ожидалось. Впрочем, причины, приводящие к зависимости рождения и распада в этих двух случаях, совсем разные.
Источник: A. B. McIntosh et al., Tidal Effects and the Proximity Decay of Nuclei // Physical Review Letters, 99, 132701 (27 September 2007). Статья также свободно доступна в архиве препринтов: nucl-ex/0607028.
См. также: Теория приливов из лекционного курса В. Л. Пантелеева Физика Земли и планет.
Игорь Иванов
